جسيمات نانوية معدنية قد تُحدث تحولًا في حماية المحاصيل

حماية النباتات من الأمراض والآفات تُعد عملًا عالميًا ضخمًا بقيمة 83.3 مليار دولار في 2025، بنمو سنوي مركب قدره 5٪. بدون حماية فعّالة للمحاصيل، ستزيد الخسائر بسبب الآفات والأمراض، مما سيضيف ضغطًا إضافيًا على إمدادات الغذاء والأسعار والأمن الغذائي العالمي.

والضغط للحفاظ على ارتفاع غلات الزراعة ما يزال يتصاعد، إذ من المتوقع أن يقترب عدد سكان العالم من 10 مليارات. سيتطلب تلبية هذا الطلب المتزايد زيادة كبيرة في إنتاج الغذاء، تُقدَّر بأكثر من 50–60٪ خلال العقود القادمة.

مع ذلك، لا تزال حماية المحاصيل تعتمد بشكل كبير على المواد الكيميائية الصناعية، بعضها يبقى في البيئة، يلوث المجاري المائية، أو يترك بقايا في الطعام. لذا يسعى الباحثون إلى إيجاد تقنيات بديلة.

«إن إنتاجية الزراعة الحالية مقيدة بعدة عوامل، بما في ذلك تغير المناخ، تدهور التربة، انخفاض كفاءة استخدام العناصر الغذائية، وتزايد الضغوط الحيوية والغير حيوية. تتفاقم هذه المشكلات بسبب الانتشار الواسع للممارسات الزراعية التقليدية، مثل الاستخدام المفرط للأسمدة والمبيدات الصناعية، مما يؤدي إلى تدهور التربة، تلوث المياه، وفقدان التنوع البيولوجي»

بدلاً من البحث عن مواد كيميائية مختلفة، يتجه مسار بحث جديد إلى استكشاف إمكانات المواد النانوية، التي تُحدَّد خصائصها ليس فقط بتركيبها، بل بهيكلها على المستوى الذري.

على عكس المعالجات الكيميائية العادية، يمكن للجسيمات النانوية توفير توصيل مستهدف، إطلاق محكم، وتعزيز التوافر البيولوجي للمكونات الفعّالة.

«المواد النانوية، ولا سيما الجسيمات النانوية، تمتلك خصائص فيزيائية كيميائية فريدة، مثل مساحة سطحية نوعية عالية، تفاعلية، وإمكانية تعديل وظيفية. تحتل الجسيمات النانوية القائمة على المعادن مكانة خاصة بين الجسيمات النانوية بسبب نشاطها البيولوجي العالي»

قام باحثون في جامعة إيتمو (روسيا) وجامعة ديربان للتقنية (جنوب أفريقيا) بمراجعة أحدث ما توصل إليه هذا المجال، بالإضافة إلى إمكاناته المستقبلية وحدوده.

نشروا نتائجهم في مجلة جنوب أفريقيا لعلم النبات¹، تحت عنوان «جسيمات نانوية معدنية للتقنية الحيوية: تطبيقات في الزراعة».

الجسيمات النانوية وحماية المحاصيل

النشاط المضاد للفطريات

أظهر مجموعة واسعة من الجسيمات النانوية المعدنية إمكانات كبيرة في الزراعة، بما في ذلك أكسيد الزنك (ZnO)، الفضة (Ag)، النحاس (Cu)، أكسيد الحديد (Fe₂O₃)، وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂). يمكن إنتاجها عبر التحضير «الأخضر»، باستخدام مستخلصات نباتية وكائنات دقيقة كبديل صديق للبيئة وفعّال من حيث التكلفة لإنتاج الجسيمات النانوية المعدنية.

أقوى تأثير لها هو كعلاج مضاد للفطريات، حيث يقتل أو يعيق نمو الفطريات الممرضة. يعملون عن طريق توليد أنواع أكسجين تفاعلية (ROS) وتعطيل أغشية خلايا الممرضات.

المصدر: South African Journal of Botany

وبشكل أكثر تحديدًا، تُعد الفضة أحد أكثر المعادن فعاليةً لهذا الاستخدام، حيث تؤثر على مجموعة واسعة من الفطريات والبكتيريا الممرضة (ولذلك تُستَخدم أيونات الفضة بالفعل في المستشفيات لمكافحة العدوى).

مبيد فطري آخر معروف هو النحاس. يبدو أنه يعمل من خلال تقوية جدران خلايا النبات وتثبيط نمو الفطريات.

أخيرًا، تُعرف الجسيمات النانوية للتيتانيوم أيضًا بفعاليتها ضد الفطريات الممرضة، بينما تُظهر جزيئات كربونات الكالسيوم وأكسيد الحديد إمكانات كذلك، إلا أنها لا تزال أقل دراسة.

النشاط المضاد للبكتيريا

يمكن لنفس الجسيم النانوي أن يعمل كعلاج مضاد للبكتيريا عبر مجموعة من الآثار: تثبيت البكتيريا، كسر غشاء الخلية البكتيرية، وتوليد جزيئات أكسدة (ROS).

كميزة إضافية، تسمح طرق التحضير الصديقة للبيئة بإنتاج جسيمات نانوية مضادة للبكتيريا تكون متوافقة حيويًا مع جسم الثدييات، وبالتالي تكون محايدة بالنسبة لصحة الإنسان.

المصدر: South African Journal of Botany

هنا أيضًا، تُعد الفضة، بالإضافة إلى الزنك والنحاس، من أكثر المعادن التي تم دراستها لتكوين هذه الجسيمات النانوية. حجم الجسيم وحده لا يحدد الفعالية. في إحدى الدراسات على جسيمات النحاس النانوية، أظهر التركيب الذي يحتوي على أصغر الجسيمات نشاطًا مضادًا للبكتيريا أقل من المتوقع، مما يُظهر أن التركيب والخصائص السطحية لها أيضًا دور مهم.

المصدر: South African Journal of Botany

يبدو أنها أكثر المعادن واعدة لهذا الاستخدام، فمثلاً، في دراسة واحدة قللت جسيمات أكسيد الحديد النانوية من شدة المرض بنسبة 27٪ فقط مقارنةً بـ 67٪ للفضة.

التأثيرات على الديدان والحشرات

أظهرت عدة مستخلصات من جسيمات نانوية معدنية مستخرجة من النباتات فعاليتها في مكافحة إصابات الحشرات، بما في ذلك الحديد (الهيماتيت – Fe₂O₃) وأكسيد النحاس وأكسيد الزنك. كما أظهرت جسيمات الفضة النانوية المنتجة من مستخلصات نباتية أو من ثقافات بكتيرية معروفة بسميتها للحشرات نتائج جيدة.

في هذا التطبيق، قد يكون الاستخدام الأكثر إثارة للاهتمام ليس في الحقول، بل في حفظ المحاصيل في المستودعات، حيث يمكن أن تُصاب الحبوب والدقيق بالآفات. وفي هذا السياق، تُستَخدم جسيمات أكسيد الألومنيوم النانوية بالفعل في العمليات التجارية.

المصدر: South African Journal of Botany

مع ذلك، نظرًا لأن تطبيقات تخزين الغذاء تؤدي إلى تركيز أعلى للجسيمات النانوية في المنتج الغذائي النهائي، يطالب مؤلفو الدراسة بإجراء مزيد من التحليل لضمان سلامة هذه الجسيمات النانوية لدى الثدييات والبشر.

مجال آخر من الدراسة يتطلب مزيدًا من التحقيق هو الآثار السامة غير المرغوبة على الحشرات المفيدة، مثل النحل والحشرات المفترسة التي تتغذى على الآفات.

فيما يتعلق بالديدان الخيطية، وهي ديدان صغيرة مسؤولة عن العديد من أمراض المحاصيل وتصيب أكثر من 3000 نوع من النباتات، يمكن للجسيمات النانوية أن تساعد أيضًا. وهذا مفيد بشكل خاص لأن الديدان الخيطية غالبًا ما تكون صعبة المعالجة بالمواد الكيميائية التقليدية، حيث إن نشاط دودة الجذر العقدية (Meloidogyne incognita)  يؤدي إلى خسائر محاصيل كبيرة، تُقدر بـ 100 مليار دولار على مستوى العالم.

«يمكن لاستخدام الجسيمات النانوية المعدنية أن يوفر حلاً أسرع وأكثر تكلفة لمشكلة الآفات مقارنة بالمواد الكيميائية المكلفة والطرق الجينية.»

يمكن للجسيمات النانوية الفضية الخضراء المستخرجة باستخدام Aloe vera أن تحقق قمعًا يصل إلى 60 % ضد M. incognita، مع تحقيق تأثير أكبر في المختبر.

وبالمثل، قمعت جسيمات أكسيد الحديد والتيتانيوم والنحاس النانوية تطور M. incognita.

«كشفت التجارب على نباتات الطماطم أن الجسيمات النانوية «الخضراء» أظهرت أعلى نشاط ضد M. incognita: حيث خفضت الجسيمات عدد البيوض الموضوعة بنسبة 41 % وعدد الثغور (مواقع التكاثر) التي تشكلت بنسبة 38 % عند تركيز 200 مغ/ل على مدار 45 يومًا.»

آثار أخرى للجسيمات النانوية على المحاصيل

في حين أن تأثيرات الجسيمات النانوية المعدنية على الممراض والآفات هي التطبيق الأهم لهذه التقنية، يمكن أن تكون الأنشطة البيولوجية الأخرى مهمة أيضًا.

على سبيل المثال، يبدو أن تركيزات منخفضة من الجسيمات النانوية تحفز النمو، بينما قد تتسبب التركيزات العالية في آثار سامة وتثبط العمليات الفسيولوجية، مع تأثير يعتمد بدقة على الجرعة.

المصدر: South African Journal of Botany

كما يعزز نمو الجذور والسيقان، بالإضافة إلى تكوين الكاروتينات والكلوروفيلين a و b.

هذا تأثير تم دراسة الجسيمات النانوية الذهبية من أجله أيضًا. على سبيل المثال، استُخدمت جسيمات الذهب النانوية لتحسين إنبات النبات الطبي النادر Gloriosa superba.

وُجد أن جسيمات الحديد والموليبدينوم النانوية تحسن امتصاص النيتروجين لدى نباتات Solanum lycopersicum.

مجال آخر مثير للاهتمام هو استخدام الجسيمات النانوية للمساعدة في معالجة تلوث التربة والنباتات بالمعادن الثقيلة: فقد استُخدمت جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم والسيلينيوم النانوية لتنظيف نباتات القمح من تلوث الكادميوم.

أخيرًا، يمكن للجسيمات النانوية مساعدة النباتات على مواجهة الضغوط البيئية. فهي تساعد النباتات على تحمل الملوحة الزائدة، وتحسين عملية التمثيل الضوئي، أو الصمود أمام الجفاف.

المصدر: South African Journal of Botany

الحدود ومستقبل الجسيمات النانوية في الزراعة

أظهرت التحليلات المخبرية المحدودة وفي المختبر إلى حد كبير إمكانات الجسيمات النانوية المعدنية للزراعة، سواء في الحماية من الممراض والآفات أو في تحفيز النمو. إن إنتاج هذه الجسيمات النانوية من المستخلصات النباتية واعد بشكل خاص، حيث يوفر إمكانية لكل من مسارات الإنتاج “الخضراء” وتحسين النشاط البيولوجي.

مع ذلك، قبل النشر على نطاق واسع، لا يزال من الضروري تحقيق فهم أفضل لتأثيراتها على المزارع الحقيقية. ولا سيما أن تأثيرها على الكائنات غير المستهدفة التي تلعب أدوارًا أساسية في الأنظمة الزراعية، مثل النحل، والملقحات الأخرى (الفراشات، الذباب، إلخ)، والديدان الأرضية، لا يزال غير واضح. كما يمكن أن تتعرض الأنواع غير الضارة من الديدان الخيطية أو الفطريات أو البكتيريا للأذى عن غير قصد، مما قد يؤثر على صحة التربة ودورات الكربون والنيتروجين. كما قد تكون بقاء الجسيمات النانوية في التربة والبيئة بشكل عام، بالإضافة إلى التعديلات الكيميائية (التجميع، الامتصاص، الذوبان، التفاعلات التأكسدية والاختزالية، الكبريتة) أمرًا مهمًا.

الأطر التنظيمية لهذه المنتجات أيضًا متفرقة جدًا وغير كافية.

من منظور صناعة الكيماويات الزراعية، سيتطلب تطوير تركيبات مخصصة للأنواع وغير سامة عبر استراتيجيات «safe-by-design» لتحقيق التسويق التجاري على نطاق واسع.

مع ذلك، يجب على المستثمرين متابعة هذه التقنية، لأنها قد تحسن الملف البيئي لمصنعي المبيدات مع الحفاظ على الكفاءة في حماية المحاصيل المطلوبة لإطعام عالم يزداد تعداد سكانه.

الاستثمار في حماية المحاصيل المتقدمة

شركة FMC

من بين أكبر خمس شركات كيميائية زراعية (بما في ذلك سينجنتا، باير، كورتيفا، وباسف)، تبرز FMC بكونها المتخصصة الوحيدة في كيمياء المحاصيل والمنتجات البيولوجية “النقية”، دون إيرادات ثانوية من خطوط أعمال البذور المتكاملة والسمات الجينية.

بدلاً من المنافسة معهم في قطاعات السلع منخفضة الهامش، يركز نموذج أعمالها على الكيميائيات المملوكة والبراءات وخبرة الصياغة المتخصصة، مع تركيز علاجاتها المبتكرة على الزراعة الدقيقة و المستحضرات البيولوجية (RNA، الفيرومونات، إلخ).

هذا يضع الشركة في موقع جيد لدمج صيغ جديدة وابتكارات بيولوجية، مثل الجسيمات النانوية التي نوقشت في هذه الدراسة، رغم أنها لا تزال في مرحلة تجريبية ولا تشكل جزءًا من إيرادات FMC.

الجوهر التنافسي لشركة FMC هو مجموعة مبيدات الحشرات الفاخرة لديها، وتليها الأعشاب كمجال سوقي كبير ثاني. تشكل المبيعات في أمريكا الشمالية وأمريكا اللاتينية الجزء الأكبر من إيرادات الشركة، تليها مبيعات منطقة أوروبا والشرق الأوسط وأفريقيا.

المصدر: FMC

تنوع تعرض الشركة للمحاصيل يتمحور حول فول الصويا والفواكه/الخضروات (بنسبة 20% لكل منهما) ويتوازن مع الأرز والذرة وقصب السكر والحبوب.

في عام 2026، شهدت الشركة انخفاضًا في الإيرادات والأرباح نتيجة بيع فرعها الهندي، بينما ظل التدفق النقدي الحر إيجابيًا. تهدف الشركة إلى تحقيق 1 مليار دولار في 2026 لتقليل الديون.

لكن FMC شهدت أيضًا نموًا يزيد عن 50% في مبيعات المكونات النشطة الجديدة، مما يوضح نجاح استراتيجيتها التي تركز على الابتكار، مع زيادة المبيعات المباشرة للمزارعين في أسواق رئيسية مثل البرازيل.

المصدر: FMC

بشكل عام، تُعد FMC شركة أصغر وأكثر تقلبًا موسميًا مقارنةً بالشركات الكبيرة الأخرى في مجال الكيماويات الزراعية، لكنها أيضًا أكثر تركيزًا وتتمحور حول الابتكار والحلول المحددة للمحاصيل المحددة.

هذا يساعد على توفير هوامش ربح عالية، ودعم الابتكار، ويسمح لسهم الشركة بمنح المستثمرين تعرضًا لسوق حماية المحاصيل المتقدمة.

آخر أخبار وتطورات سهم شركة FMC (FMC)

الدراسة المشار إليها

^{1. رومان أوليغوفيتش شاكنوف وآخرون، جسيمات نانوية معدنية للتقنية الحيوية: تطبيقات في الزراعة. المجلة الجنوب أفريقية لعلم النبات. نوفمبر 2026. الصفحات: 124-139. المجلد 198. 10.1016/j.sajb.2026.09.013}